CS243084B1

CS243084B1 - Manipulator

Info

Publication number: CS243084B1
Application number: CS838232A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Tesar
Original assignee: Vaclav Tesar
Priority date: 1983-11-08
Filing date: 1983-11-08
Publication date: 1986-05-15
Also published as: CS823283A1

Abstract

Manipulátor je ovládaný obsluhou a má v mechanismu přenosu síly od motoru na objekt do táhla (39) umístěn převodník (10) úrovně síly na pneumatický signál. Převodník (10) je uzavřenou dutinou spojen s nejméně jedním výtokovým otvorem (20) upraveným na opěrné ploše manuálního ovláda če v prstovém vybrání (22). Opěrná plocha manuálního ovládače je opatřena jamkami (27), navazujícími na výtokové otvory (20). Manipulátor je využitelný zejména ve stavebnictví.The manipulator is controlled by the operator and has a force level converter (10) for pneumatic signals placed in the mechanism for transferring force from the motor to the object to the rod (39). The converter (10) is connected by a closed cavity to at least one outlet opening (20) arranged on the support surface of the manual control in the finger recess (22). The support surface of the manual control is provided with wells (27) connecting to the outlet openings (20). The manipulator is particularly useful in the construction industry.

Description

Předmětem vynálezu je manipulátor ovládaný obsluhou tak, že akční orgán manipulátoru kopíruje pohyby manuálního ovládače prováděné obsluhou. Vynálezem je řešen problém jednoduchého a spolehlivého a přitom levného zpětného· přenosu síly, jíž akční orgán působí na předmět s nímž se právě manipuluje.It is an object of the present invention to provide a manipulator operated by the operator such that the manipulator actuator follows the movements of the manual actuator performed by the operator. The invention solves the problem of a simple and reliable yet inexpensive transmission of the force exerted by the actuator on the object being handled.

Obvyklé roboty, programově řízené, jsou vhodné pro vykonávání periodicky se opakujících úkonů při hromadné nebo· alespoň sériové výrobě. Stavebnictví však patří k typickým oborům s vysokým podílem variabilních neopakujících se pracovních úkonů. Tam lze využít technických prostředků moderní robotiky, ovšem namísto řízené programem pak jde o individuální trvalé řízení funkce obsluhou, nejde tedy o robot, ale o manipulátor fungující jako zesilovač svalového úsilí obsluhy. Takové zesílení působící síly vystupuje ve stavebnictví jako velice žádoucí v souvislosti s charakteristickou tendencí stavebnictví uplatňovat namísto dřívějších malých stavebních prvků, například cihel, vhodných pro ruční zdění, prvky mnohem rozměrnější, tvárnice, prefabrikáty, panely. Zprvu se počítalo s tím, že manipulaci usnadní zmenšená hmotnost prefabrikátů. Avšak narůstající požadavky tepelné izolace vedou k nezbytnosti zvětšení hmotnosti. Dnes jsou k manipulaci s hmotnými stavebními prvky na staveništi používány jeřáby. Ty ovšem neumožňují přesné ovládání polohy prvku; k tomuto účelu je nezbytné kromě vlastní obsluhy jeřábu zaměstnávat navíc několik manuálních pracovníků. Při trvalé celosvětové tendenci rostoucích mezd je však účelné počet zaměstnávaných pracovníků co možná snižovat. Manipulátory umožňující přesné vedení ukládaného stavebního prvku jsou v tomto směru schopné radikálně změnit celý pracovní postup. Pokusy s manipulátory však ukázaly, že je obtížné sladit požadavek velkých vyvozených sil při práci s těžkými panely s požadavkem poměrně nízkých tlakových sil na povrch panelu; materiály obvyklých stavebních prvků jsou při neopatrné manipulaci velmi snadno poškoditelné. Totéž platí i například při manipulaci s okenními rámy, dveřmi a podobnými objekty, u nichž také může dojít velmi snadno k poškození přílišnou vyvinutou silou a přitom manipulace s nimi není myslitelná s malými silami. Odpomocí by ovšem bylo zavedení zpětné vazby přenášející informaci o velikosti působící síly v akčním orgánu manipulátoru. I když v zásadě není řešení takové zpětné vazby dosavadními prostředky zcela nemožné, jeví se jako mimořádně obtížný úkol. Navíc takové řešení vede k podstatné komplikaci, a tím zvýšení ceny manipulátoru a snížení jeho spolehlivosti a životnosti. Technicky obtížně zvládnutelný je zejména konflikt mezi požadavky polohové zpětné vazby, která je u manipulátorů obvyklá a nezbytná pro přesné vedení akčního orgánu, a požadavky silové zpětné vazby.Conventional program-controlled robots are suitable for performing periodically repeating operations in mass or at least series production. However, construction is one of the typical branches with a high proportion of variable non-recurring work tasks. There, it is possible to use technical means of modern robotics, but instead of program controlled it is an individual permanent control of the function by the operator, so it is not a robot but a manipulator acting as an amplifier of the muscular effort of the operator. Such an amplification of the applied force is very desirable in the construction industry in connection with the characteristic tendency of the construction industry to apply elements of much larger dimensions, blocks, prefabricates, panels instead of earlier small building elements, such as bricks suitable for manual walling. At first it was assumed that the reduced weight of prefabricates would facilitate handling. However, increasing thermal insulation requirements make it necessary to increase weight. Today, cranes are used to manipulate tangible building components on the construction site. However, these do not allow precise control of the position of the element; for this purpose it is necessary to employ several manual workers in addition to the crane operation itself. However, in the context of a persistent global upward wage trend, it is expedient to reduce the number of workers employed. Manipulators enabling accurate guidance of the component to be stored are capable of radically altering the entire process in this respect. However, experiments with manipulators have shown that it is difficult to reconcile the requirement of large forces exerted when working with heavy panels to that of relatively low compressive forces on the panel surface; Materials of common building elements are easily damaged by careless handling. The same applies, for example, to the handling of window frames, doors and the like, which can also be very easily damaged by excessive force, while handling them is not conceivable with small forces. However, it would be helpful to introduce feedback that transmits information about the magnitude of the force applied to the manipulator's action organ. Although, in principle, the solution of such feedback is not entirely impossible by the existing means, it appears to be an extremely difficult task. In addition, such a solution leads to a substantial complication, thus increasing the cost of the manipulator and reducing its reliability and durability. In particular, the conflict between the positional feedback requirements that are common and necessary for manipulators to accurately guide the actuator and the force feedback requirements is technically difficult to manage.

Problém je řešen manipulátorem, ovládaným obsluhou, opatřený táhlem pro přenos síly od motoru na objekt a akčním orgánem pro mechanické působení na objekty silou vyvozovanou motorem, podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že na táhle přenosu síly od motoru na objekt umístěný převodník úrovně síly na pneumatický signál je spojen uzavřenou dutinou s nejméně jedním výtokovým otvorem, upraveným na opěrné ploše manuálního ovládače v prstovém vybrání.The problem is solved by an operator-controlled manipulator provided with a rod for transferring power from the engine to the object and an actuator for mechanically applying objects to the forces exerted by the engine according to the invention. It is based on the fact that a force-to-pneumatic signal transducer located on a power transmission rod from the motor to the object is connected to a closed cavity with at least one outlet opening provided on the support surface of the manual actuator in a finger recess.

Podle vynálezu je též účelné, aby každý výtokový otvor na straně opěrné plochy manuálního ovládače byl opatřen výtokovým otvorem.According to the invention, it is also expedient for each outlet opening on the side of the support surface of the manual actuator to be provided with an outlet opening.

Manipulátor podle vynálezu má následující výhody. V závislosti na velikosti síly, jíž působí akční orgán manipulátoru na předmět, s nímž se právě manipuluje, je převodníkem generován přetlak vzduchu vytékajícího z výtokových otvorů do míst, kde se opírá dlaň, prsty nebo jiná část ruky obsluhy o manuální ovládač. Je tak předáván signál prostřednictvím hmatových čidel obsluhy. Silový účinek výtoku vzduchu může přitom být velmi malý a nedochází tedy k nějakému silovému ovlivnění polohy manuálního ovládače — pouze obsluha pociťuje slabý, ale zřetelný účinek vytékajících vzduchových proudů rostoucí s velikostí síly, která je přenášena. Není pak již obtížné udržovat sílu na pouze takové úrovni, která podle zkušenosti nehrozí poškozením předmětu, s nímž se manipuluje. Na rozdíl od silové zpětné vazby není přitom ovlivněna přesnost nastavování polohy akčního orgánu. Výhodou je ovšem také to, že uspořádání podle vynálezu je mimořádně jednoduché, zavedení zpětné informace o· velikosti generované síly zvýší cenu manipulátoru jen zcela nepatrně, ve srovnání s cenou manipulátoru prakticky o zanedbatelnou hodnotu. Výhodou je také to, že vzhledem k jednoduchosti je ústrojí přenosu informace o síle velmi odolné i při práci v nepříznivých podmínkách, spolehlivé a s dlouhou životností. Přitom všem umožňuje zásadním způsobem zkvalitnit celkovou funkci manipulátoru.The manipulator according to the invention has the following advantages. Depending on the amount of force exerted by the manipulator's actuator on the object being handled, the transducer generates an overpressure of air flowing from the outflow openings to where the palm, fingers or other part of the operator's hand rest on the manual control. The signal is transmitted via tactile sensors of the operator. The force effect of the air outlet can be very small and there is no force influence on the position of the manual control - only the operator feels a weak but distinct effect of the outflowing air jets increasing with the amount of force being transmitted. It is then no longer difficult to maintain the force at a level which, according to experience, does not threaten damage to the object being handled. In contrast to force feedback, the positioning accuracy of the actuator is not affected. However, it is also advantageous that the arrangement according to the invention is extremely simple, the introduction of feedback information on the magnitude of the force generated will only increase the cost of the manipulator by a negligible value compared to the cost of the manipulator. The advantage is also that due to its simplicity, the power transmission device is very durable even in unfavorable conditions, reliable and long-lasting. At the same time, it enables everyone to significantly improve the overall function of the manipulator.

V případě, kdy opěrná plocha manuálního ovládače je opatřena jamkami s výtokovými otvory, se dostavuje alternativně dvojí druh generovaného hmatového účinku na prsty či ruku obsluhy, tedy jak statický tlakový účinek, tak i využití hybnostního· účinku vzduchových proudů, vytékajících z trysek.In the case where the support surface of the manual actuator is provided with wells with outflow openings, there is alternatively a dual type of generated tactile effect on the fingers or hand of the operator, both static pressure effect and utilization of momentum effect of air streams coming out of nozzles.

Vynález a jeho účinky jsou blíže vysvětleny na popisu příkladů jeho provedení pomocí výkresů, kde na obr. 1 je znázorněn celkový pohled na manipulátor, zamýšlený zejména pro použití ve stavebnictví, obr. 2 znázorňuje příklad provedení části manipu243084 látoru, která slouží ke svírání předmětu, s nímž se manipuluje, obr. 3 znázorňuje příklad provedení části manuálního ovládače, obr. 4 příklad provedení převodníku manipulátoru podle vynálezu, obr. 5 znázorňuje jiný příklad provedení převodníku, zabudovaného přímo do jedné svěrací čelisti.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention and its effects are explained in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 shows an overall view of a manipulator intended especially for use in construction; Figure 2 shows an exemplary embodiment of a part of the manipulator 243084 Fig. 3 shows an exemplary embodiment of a part of a manual actuator; Fig. 4 shows an exemplary embodiment of a manipulator transducer according to the invention; Fig. 5 shows another exemplary embodiment of a transducer incorporated directly into one clamping jaw.

Z obr. 1 je zřejmé, že základními částmi manipulátoru jsou svěrací čelisti 1, umístěné na ksncích ramen 50. Svěrací čelisti l sestávají z pevné části lb a z pohyblivé části la. Manuální ovládač je podle obr. 2 vytvořen z pevného oka 2'b, v němž je otvor pro palec ruky obsluhy 100, a z pohyblivého oka 2a s otvorem, tvarovaným pro zbývající čtyři prsty obsluhy 103. Pohyblivé esko 2a je otočné kolem čepu 21. Natočení pohyblivé čelisti la způsobuje pneumatický lineární motor, tvořený válcem 31 s výstupními kanálky 43, v němž se posouvá utěsněný píst 33. Síla, vyvozená tlakem vzduchu na píst 33, se přenáší pístnici 34 a táhlem 33 do převodníku 10, opatřeného pomocným napájecím přívodem 311. S pístnicí 34 je prostřednictvím krátké spojnice se dvěma čepy spojen jeden konec dvojramenné páky 24. Protilehlý konec dvojramenné páky 24 je kloubově spojen s pohyblivým okem 2a manuálního ovládače. Střed dvojramenné páky 24 je spojen prostřednictvím cjnice s táhlem šoupátka 41, jímž se ovládá přívod stlačeného vzduchu z hlavního napájecího přívodu SCI do válce 31. Pracovní prostor šoupátka 41 je opatřen ventilačními vývody 42.It can be seen from FIG. 1 that the basic parts of the manipulator are the clamping jaws 1 located on the arms of the arms 50. The clamping jaws 1 consist of a fixed part 1b and a movable part 1a. The manual actuator is formed, according to FIG. 2, from a fixed eye 2'b in which an opening for the thumb of the operator's hand 100 is provided, and a movable eye 2a with an opening shaped for the remaining four fingers of the operator 103. The movable jaw 1a is caused by a pneumatic linear motor, formed by a cylinder 31 with outlet channels 43, in which the sealed piston 33 is moved. The force exerted by air pressure on the piston 33 is transmitted by the piston rod 34 and a rod 33 to a converter 10 provided with an auxiliary power supply 311. One end of the two-arm lever 24 is connected to the piston rod 34 via a short link with two pins. The opposite end of the two-arm lever 24 is articulated to the movable eye 2a of the manual actuator. The center of the double-arm lever 24 is connected via a bar to the slide rod 41, which controls the supply of compressed air from the main supply SCI to the cylinder 31. The working area of the slide 41 is provided with ventilation outlets 42.

Podle obr. 3 je pohyblivé oko 2a tvořeno na jedné straně lučíkem 28, o nějž se opírá hřbet ruky obsluhy 138, a na druhé straně vývrtem 23, který je prostřednictvím děr 25. výtokových otvorů 20 a jamek 27 propojen s výřezem 29. Výřez 29 je tvarován prstovými vybráními 22 pro čtyři prsty jedné ruky obsluhy 100. Díry 25 jsou zakryty vložkami 26, opatřenými výtokovými otvory 20 a zalisovanými na dno vyvrtaných jamek 27.According to FIG. 3, the movable eye 2a is formed on one side by a trigger guard 28, on which the back of the operator's hand 138 is supported, and on the other side by a bore 23 which is connected to the slot 29 via holes 25 and 20. The holes 25 are covered by inserts 26 provided with outflow openings 20 and pressed into the bottom of the drilled holes 27.

Podle obr. 4 je převodník 10 umístěn v táhlu 39, které je rozděleno na první táhlo 39a a druhé táhlo 39b, které je opatřen i rozšířenou hlavicí s vnitřní válcovou dutinou 15, ve které se pohybuje hlava 19 prvního táhla 39a. Na druhém táhle 39b je našroubována matice 13 zabraňující vysunutí hlavy 19 z válcové dutiny 15. Ve válcové dutině 15 jsou naskládány talířové pružiny, tvořící deformační prvek 11 převodníku 10. Dále je clo válcové dutiny 15 zaústěn vývod 18 se spojovací hadičkou 12, ventilační otvor 16 a přívod 17.Referring to FIG. 4, the transducer 10 is disposed in a rod 39 which is divided into a first rod 39a and a second rod 39b which is also provided with an expanded head with an internal cylindrical cavity 15 in which the head 19 of the first rod 39a moves. On the second rod 39b is screwed nut 13 preventing the head 19 from sliding out of the cylindrical cavity 15. In the cylindrical cavity 15 are stacked disc springs forming a deformation element 11 of the transducer 10. Further and lead 17.

Převodník 10 může být ovšem umístěn nikoliv v táhlu 39, ale v kterémkoliv členu mechanismu přenášejícího sílu z pneumatického lineárního motoru na akční člen, jímž jsou v popisovaném případě svěrací čelisti 1. I když se předpokládají jen nepatrné deformace deformačního členu 11, které jsou navíc jednoznačně závislé na působící síle, takže se nepředpokládá, že by nějak ovlivn^;ly přesnost nastavení polohy pohyblivé čelisti la, alespoň ne pro účely manipulátoru určeného k využití ve stavebnictví, u manipulátorů s jiným určením by vzniklá polohová nepřesnost mohla být nežádoucí. Lze ji ovšem velmi snadno odstranit tím, že se převodník 10 umístí do jiného členu mechanismu, před místo, v němž se ve směru od motoru k akčnímu členu napojuje polohová zpětná vazba, tj. například bude-li převodník 10 umístěn v pístnici 34 na obr. 2 vlevo od čepu, jímž je pístnice 34 propojena spojnicí s dvouramennou pákou 24. Alternativně může být účelné umístění převodníku 10 přímo v jedné ze svěracích čelistí 1, například v pevné čelisti lb, jak je znázorněno na obr. 5. V dosedací pleše pevné čelisti lb je vytvořeno zahloubení, do něhož je vsazena kontaktní vložka 61, zhotovená z materiálu s vhodnějšími adhezními vlastnostmi, než má ocel vlastní čelisti, což zabraňuje vyklouznutí objektu, který svěrací čelisti 1 svírají. Je vhodné takové uspořádání, aby kontaktní vložka 61 mohla být snadno vyměněna v případě jejího opotřebování. Obr. 5 značí, že kontaktní vložka 61 je uchycena pohyblivě a v případě, že bude zhotovena z tvrdé pryže, což je obzvlášť vhodný materiál s ohledem na třecí vlastnosti, může být využito poddajnosti pryže a namísto pohybu celé kontaktní vložky 61 bude docházet při svírání předmětu k jejímu deformování. Kontaktní vložka Sl je v značeném provedení však z nepoddajného materiálu a je na své vnitřní straně podepřena prvním deformačním prvkem 11a a druhým deformačním prvkem 11a, které jsou představovány v tomto případě nikoliv talířovou, ale šroubovicovou pružinou. Vnitřní ckraj kontaktní vložky 61 zakrývá podle deformace pružin větší nebo menší část prvého ventilačního otvoru 16a i druhého ventilačního otvoru 16b.However, the transducer 10 may be located not in the linkage 39 but in any member of the mechanism transmitting the force from the pneumatic linear motor to the actuator which in the present case is the clamping jaws 1. Although only slight deformations of the deforming member 11 are assumed force-dependent, so it is not expected to be affected ^; the positioning accuracy of the movable jaw 1a, at least not for the purpose of a manipulator intended for use in the construction industry, could be undesirable in the case of manipulators of other purposes. However, it can be easily removed by placing the transducer 10 in another mechanism member, in front of a position feedback position in the direction from the motor to the actuator, i.e. if the transducer 10 is located in the piston rod 34 of FIG. Alternatively, it may be expedient to locate the transducer 10 directly in one of the clamping jaws 1, for example in the fixed jaw 1b, as shown in Figure 5. A recess is formed in the jaw 1b into which a contact insert 61 made of a material with better adhesive properties than the steel of the jaw itself is inserted, which prevents the object that the clamping jaws 1 from slipping. Suitably, the contact insert 61 can be easily replaced in the event of wear. Giant. 5 indicates that the contact insert 61 is movable and if made of hard rubber, which is a particularly suitable material with respect to frictional properties, the elasticity of the rubber can be utilized and instead of moving the entire contact insert 61, its deformation. However, the contact insert S1 in the marked embodiment is made of a non-yielding material and is supported on its inner side by a first deformation element 11a and a second deformation element 11a, which in this case are not a disc but a helical spring. The inner edge of the contact insert 61 covers, depending on the spring deformation, a greater or lesser portion of the first vent opening 16a and the second vent opening 16b.

Manipulátor podle obr. 1 je sestrojen tak, že kopíruje prostřednictvím polohových hydraulických nebo pneumatických servomechanismů pohyby končetin obsluhy 100. Je určen zejména pro sestavování staveb z prefabrikovaných stavebních prvků. Nejdůležitější je ovšem zesilování pohybu paží 150 obsluhy 100. Znázorněné kráčející provedení je uzpůsobeno i ke kopírování a zesilování pohybu nohou, což na rozdíl například od pásového podvozku umožňuje například i vystoupání po schodišti stavěné budovy a vnitřní práce ve vyšších patrech, například ukládání stropních překladů a podobně. Může ovšem také sloužit ke skládání převezených stavebních prvků z přepravních vozidel a celému spektru jiných stavebních prací. Stavební prvky, se kterými se při práci manipuluje, jsou podobně jako u běžných průmyslových robotů drženy ve svěracích čelistech 1 umístěných na koncích ramen 50 manipulátoru.The manipulator of FIG. 1 is designed to follow the movement of the limbs of the operator 100 by means of positioning hydraulic or pneumatic servo mechanisms. It is intended, in particular, for assembling buildings from prefabricated building elements. However, the most important thing is to increase the movement of the arms 150 of the operator 100. The illustrated walking embodiment is also adapted to copy and amplify the movement of the legs, which, unlike for example a crawler undercarriage, also allows climbing of the building's staircase and interior work on higher floors. alike. However, it can also be used to assemble transported building elements from transport vehicles and the full range of other construction work. As with conventional industrial robots, the components to be handled during operation are held in the clamping jaws 1 located at the ends of the arms 50 of the manipulator.

Protože manipulátor kopíruje všechny po243084 hyby paží 150 obsluhy 100, které mají celou řadu kloubů, jsou konkrétní detaily konstrukce ramene 50 složité. Na obr. 2 je proto· z celé konstrukce ramene 50 znázorněna pro přehlednost jen část kopírující jediný pohyb, svírání svěracích čelistí 1. V podstatě jde o klasický polohový pneumatický servomechanismus s polohovou zpětnou vazbou. Ta je u pneumatického provedení zvláště důležitá, neboť bez ní by poloha akčního orgánu vzhledem ke stlačitelnosti vzduchu nebyla jednoznačně definována i při nezměněné poloze manuálního ovládače. V znázorněné poloze je přívod 301 stlačeného vzduchu uzavřen, pohyblivá čelist la se nehýbe. Předpokládejme, že obsluha 100 sevře obě oka 2'a 2b manuálního ovládače směrem k sobě. Horní konec dvojramenné páky 24 se tím vychýlí na obrázku vlevo. Šoupátko 41 se též přesune doleva. Tím se otevře cesta hlavního napájecího přívodu 301 do prvního výstupního kanálku 43, kterým tak začne proudit tlakový vzduch a píst 33 se začne posouvat doprava. Vzduch z opačné strany pístu přitom může být z válce 31 vytlačován, neboť šoupátko 41 odkryje jeden z ventilačních vývodů 42, jímž tak může vzduch unikat do atmosféry. Kdyby nebyla zavedena polohová zpětná vazba, otevření šoupátka 41 pohybem manuálního ovládače by ovšem vedlo· k tomu, že píst 33 by se trvale pohyboval vpravo a pohyblivá čelist la by konala trvale svírací pohyb, dokud by ovšem nenarazila na předmět, který má být uchopen. Je-li ovšem žádoucí přesné kopírování polohy manuálního ovládače, tento trvalý pohyb pístu 33 jako· reakce na výchylku manuálního ovládače by nebyl na místě. Je zde však spojení pístnice 34 s dolním koncem dvojramenné páky 24. Při pohybu pístu 33 doprava se pohybuje vpravo i připojený spodní konec dvojramenné páky 24 a s ním se ze svého vychýlení doleva postupně navrací do výchozí polohy i střední čep a s ním spojené šoupátko 41. To tedy zaujme zase původní rovnovážnou polohu, takže se píst 33 přestane pohybovat. Každé poloze pohyblivého oka 2a odpovídá tak jedna určitá poloha pohyblivé čelisti la. Čelist 1 tak přesně kopíruje pohyby ruky, ovšem s tím rozdílem, že čelist la na své dráze může vyvinout sílu řádu kilonewtonů, zatímco síla potřebná k přestavení pohyblivého oka 2a je zcela nepatrná, překonává se pouze tření v čepech, například čepu 21, které může být velmi malé, neboť zde lze například použít malých valivých ložisek. U schematického znázornění se ovšem uplatní 1 tření v ucpávce táhla šoupátka 41. Prakticky by zde však bylo možné použít namísto ucpávky například utěsnění vlnovcem, tedy bez tření, neboť šoupátko 41 koná jen velmi malé výchylky a stále je navraceno do výchozí polohy. Ostatně namísto šoupátkového rozvodu může být použito i rozvodu například s výkyvnou tryskou nebo s klapkami uzavírajícími ústí trysek, kde je potřebná ovládací síla oproti klasickému šoupátkovému uspořádáni mnohem menší.Since the manipulator copies all of the operator's arm movements 150 that have a variety of joints, the particular details of the arm design 50 are complex. In Fig. 2, therefore, for the sake of clarity, only the part that follows a single movement, the clamping of the clamping jaws 1, is shown for the sake of clarity. In essence, it is a classical positional pneumatic servo with positional feedback. This is particularly important in the pneumatic design, since without it the position of the actuator due to the compressibility of the air would not be unambiguously defined even with the position of the manual actuator unchanged. In the position shown, the compressed air supply 301 is closed, the movable jaw 1a does not move. Suppose the operator 100 grips the two handles 2 'and 2b towards each other. The upper end of the double-arm lever 24 is thereby deflected in the figure to the left. The slide 41 also moves to the left. This opens the path of the main feed line 301 to the first outlet passage 43 through which compressed air will flow and the piston 33 will move to the right. The air from the opposite side of the piston can be expelled from the cylinder 31, since the slide 41 exposes one of the ventilation outlets 42, through which air can escape into the atmosphere. If position feedback was not introduced, opening the slide 41 by moving the manual actuator would, however, result in the piston 33 constantly moving to the right and the movable jaw 1a doing a permanent clamping movement until it encounters an object to be gripped. However, if it is desirable to accurately copy the position of the manual actuator, this continuous movement of the piston 33 in response to the deflection of the manual actuator would not be in place. However, there is a connection of the piston rod 34 to the lower end of the twin-arm lever 24. When the piston 33 moves to the right, the lower end of the twin-arm lever 24 moves to the right. thus, it returns to its original equilibrium position so that the piston 33 stops moving. Thus, one particular position of the movable jaw 1a corresponds to each position of the movable eye 2a. Thus, the jaw 1 accurately follows the movements of the hand, but with the difference that the jaw la can exert a kilonewton force on its path while the force required to adjust the movable eye 2a is very slight, only friction in the pins such as the pin 21 can overcome. be very small, since for example small rolling bearings can be used. In the schematic representation, however, 1 friction is applied in the gland of the slide rod 41. However, in practice, instead of the gland, it would be possible to use a bellows seal, i.e. without friction, instead of the gasket. Indeed, instead of a slide valve, a valve with, for example, a swiveling nozzle or with flaps closing the nozzle orifices can be used, where the required actuating force is much smaller compared to a conventional slide arrangement.

Potřebná síla, vyvozená na manuálním ovládači, je zcela nepatrná a není v žádné relaci se silou, jíž jsou svírány čelisti 1, takže snadno dojde k rozdrcení křehkých předmětů. Podle vynálezu tomu odpomáhá uspořádní, které je podle obr, 2 pouze jednoduchou a levnou úpravou základního polohového servomechanismu. Táhlo 39 je opatřeno převodníkem 10, jehož příklad vnitřního uspořádání je dále znázorněn na obr. 4.The required force exerted on the manual actuator is completely negligible and is not in relation to the force at which the jaws 1 are clamped, so that fragile objects are easily crushed. According to the invention, this is aided by an arrangement which, according to FIG. 2, is merely a simple and inexpensive modification of the basic servo mechanism. The linkage 39 is provided with a transducer 10, an example of the internal configuration of which is further illustrated in FIG. 4.

Převodník 10 generuje pneumatický tlakový výstupní signál, jehož úroveň závisí na tom, jak velká síla se táhlem 39 právě přenáší. Tento signál je veden tenkou ohebnou spojovací hadičkou 12 do pohyblivého oka 2a. V něm vzduch vytéká výtokovými otvory 20, které jsou zhotoveny v opěrné ploše, o níž se musí při svírání obou ok 2a, 2b opírat prsty obsluhy 100, která tak pociťuje hmatový účinek odpovídající velikosti svěrací síly, může tedy svěrací sílu regulovat, například mění-li se její velikost s tím, jak se při zvedání nebo naklánění usazovaného stavebního prvku mění tíhová síla a její složka působící proti sevření svěracími čelistmi 1.The transducer 10 generates a pneumatic pressure output signal, the level of which depends on how much force the rod 39 is currently transmitting. This signal is routed through a thin flexible connection tube 12 to the movable eye 2a. The air flows out through the outlet openings 20, which are made in a support surface, on which the fingers 100 of the operator 100 have to rest against the gripping of the two eyes 2a, 2b, thus feeling the tactile effect corresponding to the gripping force. if its size changes as the gravity force and its component against clamping by the clamping jaws change when lifting or tilting the settled component 1.

Právě proto, že tato pneumatická zpětná vazba je konstrukčně velmi jednoduchá, nečiní problém její zavedení i u dalších motorů ramene manipulátoru 50, nejen svěracího, který je pro přehlednost jako jediný znázorněn na obr. 2.Precisely because this pneumatic feedback is structurally very simple, it is not a problem to introduce it in other engines of the arm of the manipulator 50, not only the clamping, which is for the sake of clarity shown only in Fig. 2.

Generovaný hmatový účinek na prsty nebo jiné části ruky obsluhy 100 může být v zásadě dvojího druhu. Může jít o statický tlakový účinek přivádí-li se vzduch do částečně otevřené dutiny, jejíž jednu, otevřenou stranu uzavírá přiléhající plocha povrchu ruky obsluhy 100. Tento tlakový účinek ovšem vyžaduje, aby dutina byla přiléhajícím povrchem zcela uzavřena a vzduch nikde neunikal. Je proto vhodný pro takové části manuálního ovládače, které jsou při práci například překryty některou částí plochy dlaně. Druhou možností je využití hybnostního účinku vzduchových proudů vytékajících z trysek a dopadajících na povrch ruky obsluhy 100. Tento případ naopak vyžaduje mezi tímto povrchem a ústím trysky určitou vzdálenost a z prostoru mezi nimi musí mít vzduch možnost úniku, aby vůbec z trysky vytékal. V zásadě je možné uspořádání, které alternativně funguje oběma způsoby podle toho, jak je opěrná plocha manuálního ovládače právě uchopena.The generated tactile effect on the fingers or other parts of the hand of the operator 100 may be essentially of two kinds. This may be a static pressure effect when air is introduced into a partially open cavity whose one open side is closed by the adjacent surface of the operator's hand 100. This pressure effect, however, requires that the cavity be completely closed by the adjacent surface and no air escapes. It is therefore suitable for those parts of the manual actuator which, for example, are covered by a part of the palm surface during operation. A second possibility is to utilize the momentum effect of the air jets flowing from the nozzles and impinging upon the surface of the operator's hand 100. Conversely, this case requires some distance between this surface and the nozzle mouth and air must be able to escape from the nozzle space. In principle, an arrangement is possible which alternatively functions in both ways depending on how the support surface of the manual actuator is just gripped.

Tak je tomu právě u příkladu uspořádání pohyblivého oka 2a, který je zachycen na obr. 3. Do výřezu 29 provléká obsluha 100 čtyři prsty jedné ruky tak, že vnitřní stranou zapadají do jednotlivých prstových vybrání 22, kdežto vnější stranou, hřbetem, se opírají o lučík 28, na který působí při rozevírání ok 2a, 2b. Při svírání samozřejměThis is precisely the case with the moving eye 2a shown in FIG. 3. In the cutout 29, the operator 100 threads four fingers of one hand so that the inner side fits into the individual finger recesses 22, while the outer side, the back, rests on a trigger guard 28, which acts on the opening of meshes 2a, 2b. When pinching, of course

4 3 tlačí na dno prstových vybrání 22 a zde je proti každému prstu uspořádán jeden výtokový otvor 20. Do výtokových otvorů 20 je vzduch ze spojovací hadičky 12 veden vývrtem 23 velkého průřezu, aby podél jeho délky nedocházelo k výraznému spádu tlaku a tlak přiváděný do výtokových otvorů 20 byl přibližně stejný. Ve vložkách 26 jsou teprve vytvořeny výtokové otvory 20 jakc trysky s malým průměrem ústí. Malý průměr výtokových otvorů 20 umožňuje urychlení vytékajícího vzduchového proudu na značnou rychlost a zabraňuje poklesu tlaku ve vývrtu 23, jestliže například při nesprávném držení pohyblivého oka 2a není některý z výtokových otvorů 20 prstem zakryt. Dokonce se počítá s tím, že obsluha 100 svými prsty jamky 27 nemusí zcela zakrýt. To umožní odtok vzduchu z dutiny jamek 27, takže proud vytékající z tryskového ústí může mít dostatečnou hybnost, aby dopadal na prst ještě se značnou rychlostí a působil zde citelným účinkem. Jamky 27 mohou být pro zvýraznění tohoto efektu provedeny též nikoliv vyvrtáním, tedy s kruhovým průřezem, ale jako podélné žlábky znemožňující úplné uzavření prstem. Je-li ovšem dutina jamky 27 přiléhajícím prstem zcela uzavřena, bude vyvozen tlakový účinek také, ovšem jiným, výše zmíněným tlakovým statickým působením.4 3 presses on the bottom of the finger recesses 22 and there is one outflow opening 20 arranged against each finger. The air inlet outlets 20 are guided through a large-diameter bore 23 to prevent a significant pressure drop and pressure to the outlet outlets along its length. holes 20 were approximately the same. The nozzles 26 are only formed as nozzle outlets 20 with a small orifice diameter. The small diameter of the outlets 20 allows the outflow of the air stream to accelerate to a considerable speed and prevents the pressure in the bore 23 from dropping if, for example, one of the outlets 20 is not covered with a finger if the movable eye 2a is incorrectly held. It is even contemplated that the operator 100 may not completely cover the well 27 with his fingers. This allows the air to flow out of the cavity of the wells 27 so that the jet flowing out of the nozzle orifice may have sufficient momentum to strike the finger at considerable speed and exert a noticeable effect therein. The wells 27 can also be made not by drilling, i.e. with a circular cross-section, but as longitudinal grooves making it impossible to completely close with a finger to enhance this effect. If, however, the cavity of the well 27 is completely closed by the adjacent finger, the pressure effect will also be induced, but by the other static pressure action mentioned above.

Činnost převodníku 10, umístěného podle obr. 4 je následující. Není-li táhlem 33 právě přenášena tlaková síla, přitlačují tyto pružiny hlavu 19 proti matici 13. Jejich deformační vlastnosti se uplatňují tak, že s rostoucí silou se hlava 19 zasunuje dále dovnitř válcové dutiny 15. Posunutí je ovšem velmi malé, talířové pružiny mají velmi malou poddajnost, může se jednat o pohyby řádu desetin milimetru. Do válcové dutiny 15 se přívodem 17 přivádí tlakový vzduch z pomocného napájecího přívodu 311. Ve znápružinách může ovšem vzduch z válcové duzorněném stavu při nestlačených talířových tiny 15 unikat do atmosféry ventilačním otvorem 16. Ve vývodu 18 a na něj napojené spojovací hadičce 12 je pak ovšem prakticky jen atmosférický tlak a výtokovými otvosi 4 ry 20 vzduch téměř nevytéká. Dojde-li ovšem působením přenášené síly k deformaci deformačního prvku 11 a zasunutí hlavy 19 dovnitř válcové dutiny 15, je ventilační otvor 16 obvodem hlavy 19 postupně více a více zakrýván. Dispance ventilačního otvoru 16 se tedy zvětšuje a vzduch pak ve stále větší míře — pod rostoucím přetlakem uvnitř válcové dutiny 15 — proudí do spojovací hadičky 12 k výtokovým otvorům 20.The operation of the transducer 10 of FIG. 4 is as follows. If the compressive force is not just transmitted by the rod 33, these springs press the head 19 against the nut 13. Their deformation properties are applied so that with increasing force the head 19 is pushed further into the cylindrical cavity 15. However, the displacement is very small. low compliance, these may be tenths of a millimeter. Into the cylindrical cavity 15, compressed air from the auxiliary supply port 311 is supplied via the inlet 17. However, in the springs, the air from the cylindrical depressed state can escape into the atmosphere through the vent hole 16 when the plate tins 15 are not pressed. practically only atmospheric pressure and the air outlet apertures 4 and 20 hardly release air. However, if the deformation element 11 is deformed and the head 19 is inserted into the cylindrical cavity 15 under the influence of the transmitted force, the vent opening 16 is gradually more and more obscured by the periphery of the head 19. Thus, the displacement of the vent opening 16 increases and air then increasingly - under increasing overpressure within the cylindrical cavity 15 - flows into the connecting hose 12 to the outlets 20.

Činnost převodníku 10, umístěného podle obr. 5 je zcela stejná jako ve výše popsaném uspořádání, tedy při odkrytí ventilačních otvorů 16a, 16b uniká vzduch z přívodu 17 ventilačními otvory 16a, 16b do atmosféry. Při svírání předmětu svěracími čelistmi 1 se pohybem kontaktní vložky 61 ventilační otvory 16a, b zavírají a tím roste tlak ve vývodu 18.The operation of the transducer 10, as shown in FIG. 5, is exactly the same as in the above-described configuration, i.e. when the air vents 16a, 16b are exposed, air leaks 17 through the air vents 16a, 16b into the atmosphere. When the object is clamped by the clamping jaws 1, the vent holes 16a, b close by movement of the contact insert 61, thereby increasing the pressure in the outlet 18.

Předpokládá se uplatnění manipulátoru podle tohoto vynálezu především ve stavební technice. Oproti jiným známým manipulátorům nové vlastnosti tohoto uspořádání podle vynálezu jej předurčují všude tam, kde má být manipulováno s předměty choulostivějšími, zhotovenými z materiálu, který je křehký nebo náchylný k otlačení a přitom se ovšem jedná o natolik rozměrné předměty, že je účelné, aby síla vynakládaná obsluhou byla zesílena servomechanismy. Taková uplatnění se vyskytují například při manipulaci se skleněnými nebo dřevěnými předměty například ve sklářském nebo dřevozpracujícím průmyslu. Jinou aplikací je manipulace s radioaktivními, toxickými nebo biologicky nebezpečnými materiály, kdy manipulátor nemá za cíl zvětšení vynakládané síly, ale možnost umístění obsluhy za ochrannou bariérou. Také v případě manipulace s materiály o vysoké teplotě může být manipulátor uzpůsoben tak, aby obsluha mohla být od předmětu, s nímž manipuluje, dostatečně vzdálena. Ve všech těchto situacích se také vyskytují případy, kdy je žádoucí, aby uspořádáním podle tohoto vynálezu získala obsluha cit pro velikost síly, jimiž se na manipulované předměty působí.It is envisaged to use the manipulator according to the invention in particular in the construction technology. Compared to other known manipulators, the novel features of this arrangement of the invention predetermine it wherever more delicate articles made of a material that is fragile or susceptible to squeezing are to be handled but are so large that it is expedient to force the operator's expense was amplified by servomechanisms. Such applications occur, for example, in the handling of glass or wood objects, for example in the glass or woodworking industry. Another application is the handling of radioactive, toxic or biohazardous materials, where the manipulator is not aimed at increasing the applied force, but the possibility of placing the operator behind the protective barrier. Also in the case of handling high temperature materials, the manipulator may be adapted so that the operator can be sufficiently distant from the object being handled. In all of these situations, there are also instances where it is desirable for the operator to acquire a sense of the amount of force exerted on the objects being handled by the arrangement of the present invention.

Claims

SUBJECT

An operator-controlled manipulator comprising a rod for transmitting power from an engine to an object and an actuator for mechanically applying objects to the forces exerted by the motor, characterized in that a transducer (10) is provided on the rod (39 'for transmitting power from the motor to the object). For example, a force level per pneumatic signal is connected by a closed cavity to at least one outflow opening (20J) provided on the support surface of the manual actuator in the finger recess (22).

Manipulator according to claim 1, characterized in that each outlet opening (20J) has a hole (27) on the side of the support surface of the manual actuator.